Basics of Digital Audio L-6

МУИС ХШУИС МКУТийн багш П.Гантуяа

Outline

• Introduction

• Digitization of Sound

• MIDI: Musical Instrument Digital Interface

Outline

• What Is Sound? /Дуу авиа гэж юу вэ?/

• Digitization /дижиталчлах, тоон системд хөврүүлэх/

• Nyquist Theorem

Бид хэрхэн сонсдог вэ?

• Дууг 2 ялгаатай байдлаар тодорхойлж болдог.Нэг нь ус, агаар,чулуу гэх мэтийн дунд үүссэн чичиргээнээс шалтгаалан молекулуудын хөдөлгөөн үүсч энэ нь дуу болж байдаг.Энэ нь дууны физик шинж юм.Өөр нэг тодорхойлолт нь уян хатан зүйлийн дотор дамжигдаж байгаа давтамж аль эсвэл даралтан дахь өөрчлөлтөөр нь дуу гарч болно.

• Энэ 2 тодорхойлолт нь 2-уулаа зөв бөгөөд ялгаатай тал нь гэвэл эхнийх нь ямар нэгэн шалтгаанаас нөгөөх нь ямар нэгэн эффэктээс үүсч байгаа юм.Тухайн обьект хөдлөх юм уу аль эсвэл чичрэх үедээ обьект нь дараагийн багахан зайруу дамтамжаа дамжуулж байдаг бөгөөд буцаж ирэх үед нь тэр хэсэгт вакуум орчин үүссэн байдаг.Энэ давтамжийн процесс нь усанд чулуу шидэх үед үүссэн долгионтой адил дамтамж үүсгэдэг.

• Decibel (dB)-Cycle

• Frequency (Hz) äàâòàìæ

• Sampling rate-ò¿¿âýðëýõ óòãà

• Amplitude-далайц

• Pitch-түвшин

• AM-холын долгион

• FM-ойрын долгион

What is Sound?

• Дуу авианы системд ямар нэгэн дуу гаргагч нь тасралтгүй шахагдсан долгионыг гаргаснаар хүн түүнийг чимээ болгон хүлээн авдаг.

• Дуу авиа нь гэрэлтэй адил долгиолог чанартай – Агааргүй бол дуу тарахгүй

– Дуу авиа нь шахагдсан долгион бөгөөд тасралтгүй үргэлжилдэг

• Дуу авиа нь энгийн долгионы шинж чанарыг харуулна – Ойх, хугарах, тархах

Compression – шахалт

- Молекулууд бодисын дундуур тархаж байгаа дууны долгион шиг хамтдаа шахагддаг байна

- Тухайлбал, - Дууны долгион нь зурагт харуулсан пүрштэй

адилаар агаарт тархдаг байна

- Пүршны нягтаршсан хэсгийг шахагдсан агаар гэж үзэж болно.

Sound Waves – Дууны долгион

- Агаарт их бага хэмжээгээр шахагдан өөрчлөгдөж байдаг

- Бүх дуу авиа нь Дууны долгион болон бодисын дундуур тархдаг

- Дууны долгион нь дуу гаргаж байгаа обьектоос бүх чиглэлд тархаж байдаг

Wavelength & Frequency – Долгионы урт болон Давтамж

- Долгоины урт нь нэг долгионоос дараагийн долгион хүртэлх зайг хэлдэг

- Давтамж нь 1сек-д хичнээн долгион байгааг илэрхийлдэг

Pitch - түвшин

• Дууны хэр чанга сул байгааг хэмждэг

• Түвшин нь дууны долгионы давтамжаас хамаардаг

• Тухайлбал,

- Бага түвшин

- Бага давтамж

- Урт долгионы урттай

- Их түвшин

- Их давтамж

- Богино долгионы урттай

Volume

• Чихэнд хүрч буй дууны хэмжээг хэлнэ

• Тухайн дуу гаргаж байгаа обьект болон дуу хүлээн авч байгаа этгээд хоёр хэр хол зайтай байгаагаас хамаарна.

Volume Control

Digitization

• Digitization буюу дижиталчлах гэдгийг тухайн тасралтгүй урсгалыг тоон дүрслэл рүү хөрвүүлэх гэж хэлж болно

• Дижиталчлахад аналогоос дижитал руу хөрвүүлэгчийг -

analog-to-digital converters (ADCs) ашигладаг. Жишээ нь:

Гар утасны микрофонд энэ хөрвүүлэгч байдаг.

• Sound cards болон гар утсанд дижиталаас аналог руу

хөрвүүлэгч-digital-to-analog converters (DACs)—тэй

байдаг

Digitization

Digitization

Зурагт хугацаа болон далайцаас хамааралтай долгионыг харуулсан байгаа бөгөөд дижитал руу хөрвүүлэхэд аль аль чиглэлдээ түүвэрлэгдсэн байх ёстой юм. time, amplitude-äàëàéö. Долгионыг дижитал компьютерт харуулахын тулд

долгионыг

digitize дижиталчлах

sample түүвэрлэх

Three-Step Process of Digitization

• Sampling - түүвэрлэх

• Quantizing - òîîí õýëáýðò øèëæ¿¿ëýõ

• Encoding - êîäëîõ

Digitization

Sampling Rate • Sampling rate (SR) гэдэг нь дижиталчлагдсан

долгионы далайц буюу amplitude-ын утган дахь хурд.(sample per cycle)

– CD-ны sampling rate (high-quality-өндөр чанартай): SR = 44,100 samples/second

– medium-quality sampling rate: SR = 22,050 samples/second

– Утасны sampling rate (low-quality): SR = 8,192 samples/second

• Дууны дундаж sampling rate нь 8 kHz (8,000 samples per second) ээс 48 kHz хүртэл хэмжээнд байдаг. Энэ мужийг Nyquist theorem-ээр тодорхойлдог.

Sampling Rate

• Хүний чих20 Hz - 20 KHz-ийн хоорондох авиаг сонсох чадвартай байдаг. Үүнээш дээшхи авиаг ultrasound-õýò àâèà гэж нэрлэдэг.

• Хүний хоолой хамгийн ихдээ 4 KHz хэмжээний авиа гаргах чадвартай.

Sampling Rate

• Өндөр sampling rate нь долгионыг илүү нарийн харуулдаг.

Sampling Rate Uses

44.1 kHz (44100) CD, DAT

48 kHz (48000) DAT, DV, DVD-Video

96 kHz (96000) DVD-Audio

22.05 kHz (22050) Old samplers

Most software can handle all these rates.

Which rates can represent the range of frequencies audible

by (fresh) ears?

Common Sampling Rates

Quantizing-òîîí õýëáýðò øèëæ¿¿ëýõ

Quantizing

• Хүчдэлийн утгыг хэрхэн тооцоолох вэ? Хоёр

хувьсагчийг авч үздэг:

– Дуун дохионы динамик муж

– sample á¿ð äýõü áèòèéí òîî

• 2Number of bits = Number of voltages that can be

represented

3-bit Quantization A 3-bit binary (base 2) number has 23 = 8 values.

0

1

2

3

4

5

6

7

Дууны долгионыг болхидуу гаргасан

Am

plitu

de

Time — measure amp. at each tick of sample clock

4-bit Quantization A 4-bit binary number has 24 = 16 values.

0

2

4

6

8

10

12

14

Am

plitu

de

Дууны долгионыг болхидуу гаргасан

Time — measure amp. at each tick of sample clock

Encoding

Nyquist Theorem and Aliasing

• Дохио нь синусойдын нийлбэрүүдээс бүрддэг.

Nyquist Theorem and Aliasing

• (a) Дан синусойд

• (b) Тухайн өөрийнх нь давтамжаар түүвэрлэлт /sampling/ хийхэд гарах тогтмолууд

• (c) 1.5 дахин их давтамжаар түүвэрлэлт /sampling/ хийхэд Alias илэрнэ.-ººð óòãà

Nyquist Theorem and Aliasing

• Nyquist rate - хурд

–Sampling rate нь хамгийн багадаа /frequency/ давтамжаасаа хоёр дахин их байвал түүвэрлэлтийг sampling зөв болж байна гэж үзнэ

• Nyquist Theorem

–f1-f2 хооронд давтамжтай бол sampling rate –ийг 2(f2-f1) гэж тооцоолж гаргана

• Nyquist frequency-äàâòàìæ: Nyquist rate – ын хагас

Nyquist Theorem and Aliasing

• Nyquist Theorem:

We can digitally represent only frequencies up to half the sampling rate.

– Example:

CD: SR=44,100 Hz

Nyquist Frequency = SR/2 = 22,050 Hz

– Example:

SR=22,050 Hz

Nyquist Frequency = SR/2 = 11,025 Hz